Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ КАТЕГОРИЙ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Заявка на изобретение относится к эксплуатационному контролю состояния дорог, используемых транспортными средствами (ТС), и касается нормирования и определения количественных значений коэффициентов категорий условий эксплуатации (КУЭ) и коэффициентов корректирования периодичности технического обслуживания (ТО), пробега до капитального ремонта (КР) и трудоемкости текущего ремонта (TP).

Известно, что обеспечение безопасности движения ТС, безотказности в работе и долговечности на заданном уровне достигается соблюдением нормативов периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP в зависимости от изменяемых в процессе их эксплуатации дорожно-грунтовых условий.

В соответствии с [1, 2, 3] множество различных дорог по условиям движения (дорожному покрытию и рельефу местности) сгруппированы в пять категорий условий эксплуатации.

С учетом изменчивости и нестабильности характеристик дорог, нормативы периодичности ТО и пробега до КР и трудоемкости TP ТС заданы в I КУЭ и соответствуют условиям их эксплуатации по дорогам с цементобетонным и асфальтобетонным покрытием в равнинной, слабохолмистой и холмистой местности за пределами пригородной зоны.

В процессе эксплуатации ТС визуально, по субъективным оценкам определяют вид дороги (дорог), включенных по [1, 2, 3], в одну из пяти категорий условий эксплуатации с разным уровнем нагружения ТС с последующим переводом выполненного пробега по этой дороге (дорогам), через коэффициент корректирования, в I КУЭ.

Коэффициенты корректирования по источникам [1, 2, 3] представлены по КУЭ следующими значениями:

- по периодичности ТО и пробега до КР:

I-1,0; II-0,9; III-0,8; IV-0,7 и V-0,6;

- по трудоемкости TP:

I-1,0; II-1,1; III-1,2; IV-1,4 и V-1,5.

Принципиальный недостаток такой регламентации состоит в том, что дискретно заданные (не расчетные) коэффициенты корректирования КУЭ через интервал 0,1 не могут объективно представлять, с учетом их ступенчато-линейного характера, реальное изменение уровня нагружения транспортных средств при их эксплуатации, приводит на практике к ошибкам расчета пробега, приводимого в I КУЭ, и как следствие, снижению безотказности и долговечности (при перепробеге) или увеличению сверх нормативных трудозатрат на TP (при недопробеге).

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения коэффициента суммарного сопротивления движению транспортного средства при его дорожных испытаниях [4], согласно которому при дорожных испытаниях перемещают транспортное средство по каждой j-ой (j=1…t) опорной поверхности в ведущем неустановившемся режиме движения, определенном профилем и несущей способностью данной опорной поверхности, определяют средний расход топлива двигателя и среднюю скорость движения а коэффициент суммарного сопротивления движению определяют по выражению

где - средний расход топлива на j-й опорной поверхности, л/100 км;

- средняя скорость движения на j-й опорной поверхности, км/ч;

n - коэффициент пропорциональности, характерный для каждого типа транспортного средства и отражающей его конструктивные решения, при этом величину n по испытываемому колесному транспортному средству определяют по известному значению коэффициента сопротивления движению Ψ_A, соответствующему дороге с ровным твердым покрытием, равным 0,025, а и - по контрольному расходу топлива Q_к испытуемого транспортного средства и скорости, соответствующей контрольному расходу топлива,

Разработка способа [4] позволила перейти от субъективной оценки видов испытательных дорог к принципиально новой количественной оценке категорий этих дорог с помощью самого испытываемого транспортного средства через диапазон статистических значений коэффициента Ψ_j.

Недостаток известного способа, а также [5] через уровень нагружения Wj, связан со сложностью последующего его практического использования при определении обобщенного (среднеинтегрального значения) показателя для каждой m-ой категории условий эксплуатации (I, II, III, IV, V), представленной совокупностью [2, 3] нескольких видов дорог в каждом комплексе дорожных покрытий (Д₁-Д₆), типов рельефа местности (Р₁-Р₅) и видов условий движения:

1) за пределами пригородной зоны (А);

2) в малых городах (до 100 тыс. жителей) и в пригородной зоне (Б);

3) в больших городах (более 100 тыс. жителей (В)), классификация которых, в соответствии с [2, 3], показана в таблице 1.

Задачей изобретения является определение количественных значений коэффициентов КУЭ и посредством последних - коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до КР и трудоемкости TP с одновременным повышением их точности.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения коэффициентов корректирования нормативов ТО и TP и пробега до КР для каждой категории условий эксплуатации с разным уровнем нагружения ТС, при дорожной эксплуатации перемещают транспортное средство при различной его массе по каждой j-й дороге комплекса дорог с Дq-ым покрытием (q=1, 2, 3, 4, 5, 6) в ведущем неустановившемся режиме движения, определенным профилем и несущей способностью опорной поверхности; устанавливают по выполненному пробегу S_j, средним значениям расхода топлива и скорости движения и по известному значению n каждого транспортного средства по выражению (1) коэффициент суммарного сопротивления движению каждой j-й дороги Ψ_j, а по к-заездам - среднее значение коэффициента Ψ_кj j-го вида дороги внутри каждого комплекса дорог с Дq-ым покрытием по выражению

где к - число заездов;

с учетом процентного распределения j-го вида дорог (5) внутри комплекса дорог с Дq-ым покрытием вычисляют значение коэффициента Ψ_Дq из выражения (3)

где S - количество j-x видов дорог внутри комплекса Д_q и границы его значений или, например, для Д₁ из выражения (4)

где Ψ_кj1 - асфальтобетонная дорога;

Ψ_кj2 - цементобетонная дорога;

Ψ_кj3 - брусчатка;

Ψ_кj1 - мозаика;

аналогичным (указанным) способом устанавливают средние значения коэффициентов Ψ_Д2, Ψ_Д3, Ψ_Д4, Ψ₅ и Ψ_Д6 дорог с Дq-ым покрытием (Д₂…Д₆) и границы их значений;

на основе имеющихся статистических данных фиксируют наличие участков j-x дорог с уклонами i по рельефам местности Р₁-Р₅ за пределами пригородной зоны X - региона и их относительную протяженность q_ip;

экспериментально с помощью профилографа, при его перемещении по опорной поверхности всех j-ых дорог, устанавливают в границах Х - региона распределение вероятности уклонов всех j-ых дорог f(i_jp) каждого типа рельефа местности раздельно с отметкой среднего значения уклона (в процентах) в области его наибольшей вероятности f(i_jp)_max;

отмечают порциональное (добавленное) значение ΔΨ_jp коэффициента ΔΨ_Дq, определенное положительным уклоном i Дq-ой дороги (i=1, 2…, %), по всем рельефам местности (Р₁-Р₃) по зависимости

вычисляют полное значение коэффициентовс учетом уклонов дорог по выражению

где ΔΨ_jp - порциональное значение Ψ, определенное уклоном i j-й дороги;

q_ip - относительная протяженность участков всех j-x дорог с уклоном i по рельефам местности Р;

l_ip - распределение участков j-x дорог с уклоном i по рельефам местности (при ) с учетом их разной крутизны;

устанавливают распределение Дq-ых дорог внутри каждой категории условий эксплуатации при где q от 1 до 4-х (во II КУЭ - три, в III КУЭ - четыре, в I, IV и V по одной Дq-ой дороге);

вычисляют среднеинтегральное значение каждой m категории условий эксплуатации по выражению (7)

и, наконец, по выражению (8) вычисляют значение коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до капитального ремонта (КР) в каждой КУЭ с разным уровнем нагружения ТС

и по выражению (9) - значение коэффициента корректирования трудоемкости текущего ремонта А

Сопоставительный анализ заявляемого решения с известным показывает, что при нормировании и определении количественных значений категорий условий эксплуатации (КУЭ) для корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP находящегося в эксплуатации ТС в условиях изменчивости и нестабильности характеристик дорог, определяемых визуально, по субъективным оценкам со ступенчато-дискретными значениями коэффициентов (1,0; 0,9; 0,8; 0,7 и 0,6), использование коэффициента суммарного сопротивления движению учитывает, помимо количественной оценки каждой j-й дороги по к-заездам, среднее значение коэффициента комплекса дорог с Дq-ым покрытием Ψ_Дq с учетом их процентного распределения в комплексе, среднеинтегральное значение коэффициента включающее, дополнительно к указанному, порциальное значение коэффициента определенное относительной протяженностью участков всех j-x дорог с уклоном i (q_ip) и их распределением по всем рельефам местности, а также определение коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP каждой категории условий эксплуатации с разным уровнем нагружения ТС путем последовательного деления коэффициента

на

На основании этого заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».

Совокупность последовательных операций, включающих определение коэффициента суммарного сопротивления движению каждой j-й дороги, а по к-заездам - среднего значения коэффициента Ψ_кj j-го вида дороги, а с учетом их процентного распределения, определение среднего значения коэффициента Ψ_q внутри каждого комплекса дорог с Дq - покрытием, далее фиксируют наличие участков j-x дорог с уклонами i разной крутизны по рельефам местности Р1-Р5 за пределами пригородной зоны X - региона и вычисляют порциальное значение ΔΨ_jp по рельефам местности, определенное уклоном i j-x дорог, устанавливают распределение Дq-ых дорог внутри каждой категории условий эксплуатации, вычисляют среднеинтегральное значение каждой m категории условий эксплуатации и в заключении вычисляют значения коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP в каждой КУЭ, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «существенные отличия».

При реализации предложенного способа в конечном итоге определяют числовые значения категорий условий эксплуатации [1, 2, 3], и коэффициенты корректирования периодичности ТО, пробега до капитального ремонта и трудоемкости TP и каждой КУЭ через среднеинтегральное значение коэффициента суммарного сопротивления движению КУЭ, для чего транспортное средство перемещают в ведущем неустановившемся режиме по опорной поверхности представительного участка j-ой дороги равнинной местности (P₁); производят измерение суммарного расхода топлива в л/100 км; вычисляют реализованную среднюю скорость по пройденному пути и времени чистого движения; вычисляют коэффициенты пропорциональности n и суммарного сопротивления движению из расчетной зависимости (1); по результатам к заездов (не менее трех) вычисляют из расчетной зависимости (2) среднее значение коэффициента Ψкj каждой дороги внутри комплекса с Дq-ым покрытием (Д₁…Д₆); с учетом процентного распределения j-ых дорог (δ_S) внутри комплекса дорог с Дq-ым покрытием из расчетной зависимости (3) вычисляют среднее значение коэффициента Ψ_Дq каждого комплекса дорог с Дq-ым покрытием и границы их значений с занесением результатов расчета в таблицу 2; на основе статистических данных фиксируют наличие и относительную протяженность участков всех j-x дорог с уклонами i разной крутизны (q_iр) и их распределение по рельефам местности Р1-Р5 за пределами пригородной зоны X - региона с занесением результатов в таблицу 3; устанавливают среднее значение уклона в процентах всех j-ых дорог соответствующее его наибольшей вероятности f(i_j)_max, по всем рельефам местности (Р₁-Р₅) раздельно (Фиг. 1) и последующим занесением результатов в таблицу 4; по значению и зависимости (5) вычисляют порциальное значение ΔΨ_ip, определенное уклоном дорог, с занесением его также в таблицу 4; вычисляют по зависимости (6) полное значение коэффициентов Ψ_Дqp с учетом уклонов дорог; по выражению (7) вычисляют среднеинтегральное значение каждой m категории условий эксплуатации с учетом коэффициента и по выражениям (8) и (9) вычисляют соответственно значение коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до КР и корректирования трудоемкости текущего ремонта в каждой КУЭ.

Предлагаемый способ определения среднеинтегральных значений коэффициента суммарного сопротивления движению каждой КУЭ и коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP, например, с использованием автомобиля КАМАЗ-4310, реализован следующим образом.

Автомобиль КАМАЗ-4310 перемещают в ведущем неустановившемся режиме по сухой опорной поверхности трех участков цементобетонной дороги без уклонов (Д₁) в равнинной местности Х-региона территории РФ.

По выполненному пробегу 270 км, времени чистого движения 4,15 ч и суммарному расходу топлива 122,8 л вычисляют средние значения скорости движения и расхода топлива на 100 км пути, которые равны

Vcp = 270 км/4,15 ч Vcp = 65,0 км/ч

Qcp = 122,8 л/2,7 × 100 км Qcp = 45,5 л/100 км

При известном значении коэффициента n автомобиля КАМАЗ-4310, равного 0,05 по выражению (1) вычисляют коэффициент суммарного сопротивления движению цементобетонной дороги (ЦБА), входящей в состав комплекса дорог Дq-ым покрытием, в частности Д₁ I КУЭ

По результатам 2-го заезда по цементобетонной дороги на втором участке установлено

По результатам 3-го заезда по ЦБД на третьем участке установлено

По выражению (2) вычисляют среднее значение Ψ_ЦБД

Ψ_ЦБД=0,038

Указанным способом устанавливают значение коэффициента Ψ_j на:

асфальтобетонной дороге Ψ_АБД=0,036;

на дороге с покрытием из брусчатки Ψ_Б=0,039.

Дорога с покрытием типа мозаика в Х-регионе в настоящее время отсутствует.

При известном распределении дорог внутри комплекса с Д₁ покрытием, равным δ_ЦБД-0,35; δ_АБД-0,6 и δ_Б-0,05, по выражению (3) вычисляют значение Ψ_Д1

Т_Д1=0,038 0,35+0,036 0,6+0,039 0,05;

Т_Д1=0,03685.

После округления полученное значение принимают Ψ_Д1=0,037, а границы значений коэффициента Ψ_Д1 из экспериментально полученных принимают равными:

Полученные значения Ψ_Д1, и заносят в таблицу 2.

Аналогичным образом находят среднее значение для Ψ_Д2=0,042; Ψ_Д3=0,046; Ψ_Д4=0,050; Ψ_Д5=0,065 и Ψ_Д6=0,087 с занесением их в таблицу 2.

На основе имеющихся статистических данных фиксируют наличие участков j-x дорог с уклонами i и их относительную протяженность q_ip в каждом типе рельефа местности за пределами пригородной зоны X - региона с занесением значений в числитель каждой строки таблицы 3, а их соотношение между собой в каждом типе рельефа местности (при ) заносят в знаменатель также таблицы 3.

Так, по дороге Д₁ относительная протяженность участков j-x дорог с уклоном i в рельефе местности P₁ составляет 0,08 в Р₂-0,18, Р₃-0,32, а их соотношение между собой: и .

Аналогичным образом находят указанные значения параметров по дорогам Д₂-Д₆ по каждой КУЭ отдельно с их занесением в таблицу 3.

Экспериментально, с помощью профилографа при его перемещении по участкам всех j-x дорог, например рельефа местности Р₁ с уклоном i фиксируют значения уклонов в % и заносят в таблицу 5, далее на основе известных способов обработки значений случайных процессов промежуточные расчеты помещают в таблицу 6, на основе которых на фиг. 1 проводят построение графика f(i_jp1), по которому при f(i_jp1)_max находят среднее значение уклона участков всех j-x дорог рельефа местности Р₁, равный 1,2% и заносят в таблицу 4.

Аналогичным образом находят средние значения уклонов по Р₂-2,3, Р₃-4,1, Р₄-5,8 и Р₅-8,5% с занесением значений в таблицу 4.

По выражению (5) находят порциальное значение ΔΨ_jp, соответственно равное по Р₁-0,012; Р₂-0,023; Р₃-0,041; Р₄-0,058 и Р₅-0,085.

С использованием значений (таблица 2), q_ip и l_ip (таблица 3) и ΔΨ_ip (таблица 4) проводят вычисление по зависимости (6) в каждой КУЭ

Далее по выражению (7) вычисляют среднеинтегральное значение при и

Далее по выражению (7) вычисляют среднеинтегральное значение при

Далее по выражению (8) вычисляют значения коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до капитального ремонта в каждой КУЭ:

И, наконец, по выражению (9) вычисляют коэффициенты корректирования трудоемкости текущего ремонта

Способ определения коэффициентов категорий условий эксплуатации транспортных средств через среднеинтегральное значение коэффициента каждой КУЭ, включающее, дополнительно к коэффициентам суммарного сопротивления движению каждой j-й дороги и комплекса дорог с Д_q-ым покрытием, порциальное значение коэффициента ΔΨ_jр, определенное относительной протяженностью участков всех j-x дорог с уклоном i разной крутизны (q_iP) и их распределением l_ip по всем рельефам местности (Р₁-Р₅), путем последовательного деления коэффициента на обеспечивает по сравнению с известным заданием коэффициентов корректирования периодичности ТО и пробега до КР и трудоемкости TP (1,0; 0,9; 0,8; 0,7 и 0,6) следующие преимущества:

использование единого способа расчета коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP автотранспортных средств в трех ведомствах: Министерстве обороны, автомобильной отрасли и Росстандарте;

существенное повышение точности определения коэффициентов корректирования периодичности ТО, пробега до КР и трудоемкости TP в каждом, отдельно взятом регионе РФ при всестороннем учете многообразия дорог по их состоянию и размещению в различных рельефах местности, отличающихся между собой в различных регионах РФ;

реальное обеспечение безотказности и долговечности на заданном уровне за счет точного соблюдения указанных нормативов, создавая при этом существенный экономический эффект при эксплуатации миллионов образцов автотранспортных средств путем исключения как преждевременных отказов и повреждений, так и необоснованного увеличения трудозатрат при проведении ТО и TP;

формирование массива (банка данных) по средней крутизне участков дорог в различных рельефах местности (Р₁-Р₅), полученных на основе статистических обобщений, экспериментально выполненных измерений с помощью профилографа;

создание условий для разработки детального паспорта сети автомобильных дорог, в том числе грунтовых, с обязательным указанием наличия на некоторой части из них уклонов разной крутизны и протяженности в каждом регионе РФ.

1. ГОСТ 21624-81. Система технического обслуживания и ремонта автомобильной техники. Требования к эксплуатационной технологичности и ремонтопригодности изделий (Приложение 2: табл. 1, с. 8-9 и табл. 2, с. 9).

2. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта. - М.: Транспорт, 1986 (табл. 2.7, с. 25 и табл. 2.8, с. 26).

3. Приказ Министра обороны Российской Федерации, №300 от 25 сентября 2006 г. (табл. 1, с. 44-45).

4. Патент №2011955, G01М 17/00, 1994.

5. Патент №2090855, G01М 17/00, 1997.

где Д - дорожные покрытия:

Д₁ - цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

Д₂ - битумо-минеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);

Д₃ - щебень (гравий) без обработки, дегтебетон;

Д₄ - булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами, зимники;

Д₅ - грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами, лежневое и бревенчатое покрытия;

Д₆ - естественные грунтовые дороги; временные внутрикарьерные и отвальные дороги; подъездные пути, не имеющие твердого покрытия;

Р - тип рельефа местности (определяется высотой над уровнем моря):

P₁ - равнинный (до 200 м);

Р₂ - слабохолмистый (свыше 200 до 300 м);

Р₃ - холмистый (свыше 300 до 1000 м);

Р₄ - гористый (свыше 1000 до 2000 м);

Р₅ - горный (свыше 2000 м).